JP4773677B2 - 工作機械プローブ - Google Patents

Description

本発明は、座標測定機械、測定ロボットおよび特に工作機械のような位置測定装置に用いられるプローブに関する。

かかるプローブの一例は、特許文献１に示されている。プローブと工作機械のコントローラとの間に無線信号伝送システムが存する工作機械に用いられるべく意図されたプローブは、特許文献２および特許文献３に示されている。
かかるプローブは、ここ数年、より複雑になっているので、それらが異なるモードで作動するのが必要であった。

例えば、プローブにより発生される信号は、振動の結果としての偽信号の発生を防止するために、コントローラに伝送される前に濾過されるのが望まれる。従って、プローブは、工作機械およびそれが設置されている環境に応じて、異なるタイプのフィルタリングを用いるか、またはフィルタリングを用いないか、予め設定されるかもしれない。

さらに、工作機械では、かかるプローブは、普通、バッテリで作動される。無線信号伝送システムはまた、スイッチオン、すなわち、スタートの信号を受けるレシーバを含んでいる。これは、極めて低電流を消費する休止状態から、普通の使用のために準備ができたオンに切替える。かくて、使用の後、プローブの回路をオフ（休止状態に戻る）に切替えるのが望ましい。プローブは、回路がターンオフされた異なる方法を与える、異なる予設定モードを有してもよい。

米国特許第４，１５３，９９８号明細書 欧州特許第３３７６６９号明細書 欧州特許第３３７６７０号明細書

公知のプローブでは、かかるモードは、プローブ内部の回路基板上のDIPスイッチを用いることにより予め設定されている。これは、多数の不都合を有している。予め設定されたモードを変更するためには、作業者がDIPスイッチにアクセスすべくプローブを取外さねばならない。作業者が印刷回路基板を損傷させる危険が存し、且つ、プローブはかかる取外しを可能にするように設計されねばならない。DIPスイッチがマイクロコントローラに作用してモードを予め設定する場合には、マイクロコントローラへの入力線の数には限りがある。すなわち、３連結DIPスイッチからの３つの入力線では、最大８モードが予め設定され得る。これ以上のモードは、マイクロコントローラへのより多数の入力線を必要とするであろう。最後に、DIPスイッチよりも小さく、廉価で、且つより信頼できる予設定装置を提供することが望ましいであろう。

本発明は、複数の異なるモードで作動可能な内部回路と、スイッチと、該スイッチからの入力を受けるべく接続され、該スイッチの作動に応じてモードを予め設定すべく配列されたコントローラと、該コントローラからの出力に応じてモードを表示する表示器とを有する位置測定装置用のプローブであって、該コントローラは、異なるモードの複数の表示を順番に出力し、且つ、スイッチの作動のときに正に表示されたモードを選択すべく配列されていることを特徴とするプローブを提供する。
好ましくは、スイッチはプローブの内部に搭載されるが、プローブの外部からアクセス可能なアクチュエータによって作動される。

第１の実施形態では、スイッチは、押しボタンスイッチからなる。

本発明の第２の実施形態では、プローブは、座に搭載され、偏向され得るワークピース接触用スタイラスを有し、該スタイラスと該座とが前記スイッチをなす。該座はカイネマチック式であってもよい。コントローラは、スタイラスが偏向されたときのスイッチからの入力を受ける。

個々のモードは、複数の異なる副モードを含み得る。コントローラは、異なる副モードの複数の表示を順番に出力し、且つ、スイッチの作動のときに正に表示された副モードを選択すべく配列されていてもよい。

本発明による好ましい実施形態が添付図面を参照して説明される。

図１を参照するに、プローブ１０は、通常の切削工具と交換可能に工作機械のスピンドル１２に取付けられる。スピンドル１２は、工作機械のテーブルないしはベッド２２にクランプされているワークピース１４に対して、３次元座標X、Y、Z内でプローブを移動させることができる。測定は、プローブのスタイラス１１とワークピースとの接触によって行われる。プローブからの測定信号は、矢印１６により示されるように、工作機械の固定構造体２０に取付けられているレシーバモデュール１９に光学的に伝送される。モデュール１９はまた、矢印１８で示されているように、プローブ１０に光学的なスイッチオン、すなわち、スタートの信号を伝送することができる。プローブ１０はバッテリ作動され、測定信号１６の伝送をスタートさせるスイッチオン信号１８を受け取るまで、休止状態に留まっている。

図２は、プローブ１０の第１の実施形態をより詳細に示している。それは、内部に２つの回路基板２４を有し、そこには、光学的測定信号１６を伝送する発光ダイオード２６が取付けられている。基板２４はまた、スイッチオン信号１８を受け取る複数の光ダイオード２８（図２では１つのみが見える）を有している。さらに、赤および緑の発光ダイオード（LED）４４、４５の形態の表示器を有している。発光ダイオード２６、光ダイオード２８および表示器LED４４，４５は、ガラス窓３０の背後で、プローブの周囲に分布されている。

回路基板２４の１つには押しボタンスイッチ３２が設けられている。これは、プランジャの形態のアクチュエータ３４によりプローブの外部から作動される。このプランジャの外端部３６は凹部３８内に存し、適当な先の尖った道具でもって動作され得る。
下記のテーブルは、押しボタンスイッチ３２を用いることによって予め設定され得る種々のモードを示している。

選択され得る項目は２つのグループに分かれることが理解されよう。題目「ターンオフ選択」の下には、プローブの回路がターンオフされる（すなわち、最早、測定信号１６を伝送しない休止状態に戻される）方法について、種々の予設定の可能性が存している。この題目の下の第１欄は、矢印１８で示されているような、機械に取付けられたモデュール１９からの他の光信号の受光によって、プローブの回路がターンオフされるモードを示している。同題目の下の残りの欄は、予め設定された不使用の期間（すなわち、この期間中、プローブ１０のスタイラス１１がワークピース１４に接触しない）の後に、プローブがターンオフされることを示している。種々の異なるモードにおいて、プローブは、１０秒、３０秒または１３４秒の不使用の期間の後に、ターンオフされ得る。

上記テーブルの「フィルタ選択」と表題が付けられている最後の３つの欄は、プローブの測定信号が光信号１６として伝送される前に、このプローブの測定信号に対して適用されることが可能なフィルタリングを示している。選択されるフィルタリングは、プローブが設置される機械および環境に依存しよう。設置が振動の影響を受けないのなら、フィルタリングが行われないモードが予め設定されてもよい。代わりに、異なる設置状態では、アナログフィルタリングまたはデジタルフィルタリングのモードが予め設定され得る。

テーブルは、１２の可能なモードを示し、これらの間で、「ターンオフ選択」および「フィルタ選択」の可能な組合せの全てを与えていることが理解されるであろう。

押しボタン３２は、図３に見られる、マイクロコントローラ４０への入力を与える。これは回路基板２４の残りの回路への出力４２を有し、上のテーブルに示されたターンオフおよびフィルタリングについての種々の可能性をもたらす。マイクロコントローラ４０はまた、発光ダイオード表示器４４を制御する。

図４を参照するに、マイクロコントローラ４０は次のように作用する。休止状態において、ステップ４６で、マイクロコントローラのプログラムはボタン３２が押されたことを検出する。ステップ４７、４８および４９において、ボタンが３秒以上の期間、押されたままかを検出する。ボタンがこの３秒の期間内に解放されると、プログラムのステップ５０で、マイクロコントローラは以前に予め設定されていた現モードを表示すべく表示器４４に信号を出力する。これは、上のテーブルに示されたモード番号に対応する回数（例えば、モード３については３つの点滅）表示器４４を点滅させることによりなされる。

かくて、作業者は、単に、ボタンを短く（３秒より短く）押すことにより、現モードの表示を得ることができる。必要に応じ、５秒のような代わりの期間が用いられてもよい。

ボタンが３秒を超えて押され続けると、プログラムはステップ５１ないし５９を含むループに入る。最初に、ステップ５１はモード番号を１に設定し、ステップ５２はこのモードを表示すべく表示器４４に出力を与える。代わりに、ステップ５１は省略されてもよく、ループは現に設定されているモードから開始することができる。ステップ５０のように、モードは、表示器４４の対応する点滅回数によって表示される。

次に、ステップ５３、５４および５６において、プログラムはボタンの状態をチェックしながら、例えば２秒間一時停止する。この一時停止の間にボタンが解放されると、プログラムはループを出て（ステップ５４）、ステップ６０において、マイクロコントローラがプローブのフィルタおよびターンオフ回路を予め設定すべく、線４２に出力を与える。マイクロコントローラは、ステップ５１において最後に設定されたモードに従って、そのように行う。

ステップ５６において、ボタンが２秒間の一時停止の終わりにも解放されない場合には、モード番号を増すプログラムのステップ５８を経て、ループが続行する。モードの最大番号を超えていたら、ステップ５９はモード番号を１に再設定するステップ５１を経て、ループに戻る。新しいモードはステップ５２において表示され、そして、ステップ５３、５４および５６は作業者がボタンを解放したかを調べるべく一時停止する。

従って、モード選択は作業者にとって極めて容易なプロセスである。作業者は、単に、ボタンを押し、プログラムが全ての可能なモードを巡回する間それを押し続ける。作業者は必要なモードが表示された後、直ちにボタンを解放する。かくて、作業者がモード５を要求しているのなら、作業者は表示器４４が５回点滅した巡回の部分の後に、ボタンを解放するのである。

もちろん、変更は可能である。上述の説明においては、プログラムがステップ５２を通過する度に、モード番号に対応する回数（モード１については１回、モード５については５回等）点滅する。代わりに、このプログラムステップを通過する度に単に１回点滅させてもよい。そこで、作業者は、プログラムが５２、５３、５４、５６、５８のループを巡る回数を有効に数え、適正なときにボタン３２を解放するのである。

点滅の回数の代わりに数値表示を与える、より高級な表示器４４を設けることもまた可能である。

また、上のテーブルに表示されたモードは、単に例として意図されていることが理解されるであろう。プローブの作動の他の様相も、フィルタリングおよびターンオフ方法に加えて、または代えて種々のモードに予め設定され得る。

この好ましい実施の形態における押しボタン３２は、導入部で論じたDIPスイッチの問題を克服している。

プローブ１０の第２の実施形態が図５ないし７に示されている。図６および７は、図５のそれぞれA-A線およびB-B線に沿う断面である。プローブ１０はハウジング２４とスタイラス１１とを備えている。

電子部品は、プローブのハウジングの内周に沿って、小さな螺旋配列に位置されている可撓性材料７０に取付けられている。電子部品は、光学的測定信号１６を伝送するための発光ダイオード２６、スイッチオン信号１８を受取る光ダイオード２８、およびモードを表示するための赤と緑の発光ダイオードの形態である表示器４４を含んでいる。発光ダイオード２６、光ダイオード２８および表示器４４はプローブの周囲でガラス窓３０の背後に分布されている。

スタイラス１１は、ハウジング内部のカイネマチック座上に取付られている。カイネマチック座は、一対のボールベアリング７２の間に各々が形成されている３つのV形溝を備えている。スタイラスは、その上端部から放射状に延在し、スプリング７６によってV形溝に接触するように付勢されている３つの円柱状部材７４を有している。これが、スタイラス１１の休止位置を定めている。かかる配列は周知であり、特許文献１において説明されている。

スタイラスがこの休止位置にあるとき、１つのV形溝から次の隣接するV形溝を直列に通る電気回路が完成されている。各部材はスタイラスおよび他の部材から絶縁されており、それぞれのV形溝の２つの側部間に回路を完成させている。スタイラスの傾きは、少なくとも１つの部材のボールベアリングとの接触の破壊に帰し、かくて、回路を遮断することになる。特許文献１に説明されているように、この回路の遮断は自動切換配列へ入力パルスを与えるのに用いられ、これによりスタイラスの偏向が生じたことを表示する。本発明では、この配列が、異なる予設定モード間で切り替える、例えば、ターンオフモードの選択または異なるフィルタを選択するためのスイッチとして用いられている。

下のテーブルは、プローブのスタイラスを用いることにより、予め設定できる種々の可能なモードを示している。

この実施例では、３つのモードがあり、各モードは幾つかの選択肢を有している。テーブルにおける第１のモードはターンオフ方法を選択し、プローブの回路がターンオフされる様相を予め設定するのに、前実施の形態で説明されたように、４つの選択肢を有している。第１の選択肢では、プローブ回路が、図１に矢印１８で示されたように、機械に搭載されたモデュールからの光信号に続いて、ターンオフされる。残りの選択肢は、プローブが、予め設定された不使用の期間、すなわち、プローブのスタイラスがワークピースに接触しなかった期間の後にターンオフされることを示している。例えば、短い時間切れについては、プローブは約１０秒の不使用の後にターンオフする。中庸な時間切れは約３０秒、および長い時間切れは約１３４秒の不使用であってもよい。

テーブルにおける第２の選択は、前の実施形態で説明したように、プローブのフィルタ選択である。このモードでは、選択肢はプローブのフィルタがオンまたはオフされるかである。

テーブルにおける第３のモードは、スタート信号のフィルタ選択である。このフィルタは、プローブがスタート信号（図１で１８）と蛍光灯からの光のようなスタート信号と間違われる他の外部からの影響とを区別するのを可能にする。しかしながら、このフィルタは時間遅延を導入し、外部からの影響が少ないときには必要とされない。このモードでは、選択肢がスタート信号フィルタのオンかオフかであってよい。かかるフィルタは、本出願人の欧州特許出願第１１３０５５７号に開示されている。

スタイラスがマイクロコントローラ４０への入力を与える、図３に示されるような、スイッチ３２として用いられている。このマイクロコントローラはプローブ内の回路に出力４２を送る。プローブは異なるモードが選択されること、および各モード内で異なる選択肢が選択されることを許容する。マイクロコントローラはまた、異なるモードおよび選択肢を表示すべく異なる信号を点滅させる発光ダイオードの表示器４４を制御する。

図８を参照するに、マイクロコントローラ４０は以下のように作用する。マイクロコントローラは、プローブ内にバッテリが挿入され（ステップ８０）、第１のタイマをスタートさせた（ステップ８２）ことを検出するまで、休止モードにある（ステップ８８）。もしも、８秒より長い時間（ステップ８６）、カイネマチックが着座状態のまま（すなわち、スタイラスが偏向されないまま）留まるなら（ステップ８４）、プローブは休止モードに戻る（ステップ８８）。しかしながら、カイネマチックが８秒より長い時間（ステップ９０）離座され（ステップ８４）、一旦、カイネマチックが再着座すると（ステップ９２）、モードおよび選択肢が第１のモードおよび選択肢にそれぞれ設定され（ステップ９４）、マイクロコントローラは、モードおよび選択肢設定ループ９６ないし１１４に入る。代わりに、このステップは省略され、ループが現在設定されているモードおよび選択肢でもってスタートすることもできる。

かくて、マイクロコントローラがバッテリを挿入することによって起動され、８秒の時間期間でのスタイラスの偏向とその後のスタイラスの休止位置への戻しとによって、コントローラのモードおよび選択肢設定ループへ入る。

モードおよび選択肢設定ループ９６ないし１１４へ入ったとき、第２のタイマがスタートされ（ステップ９６）、モードおよび選択肢が表示器により表示される（ステップ９８）。前実施の形態のように、表示器はLEDを備えている。カイネマチックが離座することなく１０秒を超えて経過したなら（ステップ１００）、コントローラはその休止モードに戻る（ステップ８８）。

カイネマチックが１０秒以内（ステップ１００）で離座する場合には（ステップ１０２）、第３のタイマがスタートされる（ステップ１０４）。カイネマチックが０．３秒以内で再着座する場合は（ステップ１０８）、マイクロコントローラはループの最初のステップ９６に戻る。カイネマチックが０．３秒を越えるが、２秒未満の間離座されていた場合には（ステップ１１０）、選択肢が進められる（ステップ１１２）。カイネマチックが２秒を越えて離座されていた場合には、モードが進められる。

かくて、マイクロコントローラが、一旦、モードおよび選択肢設定ループ内にあれば、選択肢およびモードが、スタイラスを短い時間期間（すなわち、選択肢を進めるため）、または長い時間期間（すなわち、モードを進めるため）、偏向させることによって進められ得る。

一旦、モードまたは選択肢のいずれかが進められると、マイクロコントローラはループ９６ないし１１４の始めに戻る。第２のタイマがスタートされ（ステップ９６）、新しいモードおよび選択肢が表示される（ステップ９８）。カイネマチックが１０秒間着座のままの場合には、ループから抜ける（ステップ１００）。さもなければ、マイクロコントローラは所望のモードおよび選択肢が選択されるまでループを回り続ける。

第１、第２および第３のタイマ（ステップ８２、９６、１０４）の機能は全て、単一のタイマによって実行されてもよい。

スタイラスのカイネマチック搭載におけるスタイラスをスイッチとして用いることは、幾つかの利点を有している。この配列はコンパクトであり、従って、プローブのサイズが低減され得る。加えて、スタイラスのためのカイネマチック装置は既存のプローブの一部であり、追加の部品を必要としない。

上の説明では、異なるモードおよび選択肢を巡る度に、表示器が、モード番号および選択肢番号に対応する回数、点滅している。点滅の回数の代わりに、数値表示を与える、より洗練された表示器を設けることもまた可能である。

上記実施例は、各モードが幾つかの選択肢を有している３つのモードを有す。従って、マイクロコントローラは所望のモードが選択されるまで３つのモード間で循環し、その後、所望の選択肢が選択されるまで、そのモードの選択肢間で循環することができる。これは、全てのモードの全ての選択肢に亘り順に循環するのよりも、より迅速である。テーブルのモードおよび選択肢は単に例示として意図されたものである。プローブの作動の他の様相も、フィルタリングおよびターンオフ方法に加えて、または、代わりに、種々のモードに予め設定されてもよい。

工作機械上のプローブの概略図である。 図１のプローブの第１の実施形態の部分の一部破断断面図である。 プローブ内のマイクロコントローラを示すブロック回路線図である。 マイクロコントローラで実行される第１の実施形態のプログラムのフローチャートである。 プローブの第２の実施形態の側面図である。 図５のプローブのＡ−Ａを通る断面図である。 図５のプローブのＢ−Ｂを通る断面図である。 マイクロコントローラで実行される第２の実施形態のプログラムのフローチャートである。

Claims (13)

1. 複数の異なるモードで作動可能な内部回路と、スイッチと、該スイッチからの入力を受けるべく接続され、該スイッチの作動に応じてモードを設定すべく設けられたコントローラと、該コントローラからの出力に応じてモードを表示する表示器と、偏向され得るワークピース接触用スタイラスとを有する位置測定装置用のプローブであって、
   該コントローラは、異なるモードの複数の表示を出力し、且つ、スイッチの作動のときにモードを選択すべく設けられており、
   該ワークピース接触用スタイラスは、プローブ内の座上に搭載され、該ワークピース接触用スタイラスと該座とが前記スイッチをなすことを特徴とするプローブ。
2. コントローラは、スタイラスが偏向されたときのスイッチからの入力を受けることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 表示器は、少なくとも１つの発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
4. 現モードの表示は、ある時間より少ない期間スイッチを作動させることにより得られることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプローブ。
5. スイッチが、ある時間より大きい期間作動されたなら、コントローラはモード設定ループに入ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のプローブ。
6. 個々のモードは、複数の異なる副モードを含み得ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプローブ。
7. コントローラは、プローブにバッテリを挿入することにより起動されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプローブ。
8. 位置測定装置用のプローブであって、
   ハウジングと、
   偏向され得るワークピース接触用スタイラスと、
   複数の異なるモードで作動可能な内部回路と、を備え、
   該ワークピース接触用スタイラスは該ハウジング内の座上に搭載され、該座から偏向可能であり、該ワークピース接触用スタイラスおよび該座がスイッチをなし、
   該ワークピース接触用スタイラスの偏向が異なるモード間での切り替えのためのスイッチとして用いられることを特徴とするプローブ。
9. マイクロコントローラが設けられ、
   マイクロコントローラは、異なるモードが選択され得るように内部回路に出力を送ることができ、スタイラスがマイクロコントローラに入力を与えるためのスイッチとして用いられることを特徴とする請求項８に記載のプローブ。
10. 座はカイネマチックであることを特徴とする請求項８または９に記載のプローブ。
11. プローブには、プローブのモードを表示する一つ以上の表示器が設けられていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のプローブ。
12. 表示器は、少なくとも一つの発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項１１に記載のプローブ。
13. 各モードは、複数の異なる下位モードを含み得ることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれかに記載のプローブ。

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